机械工程材料杂志

机械工程材料杂志2023年第6期

• γ'相对镍基高温合金强度、疲劳与蠕变性能影响的研究进展

  朱金群, 安春香, 陆翌昕, 朱明亮, 轩福贞

  独特的γ'相使镍基高温合金具有良好的疲劳和蠕变性能,在航空航天和高参数发电等领域具有广阔的应用前景。从γ'相的尺寸、含量和位错强化方面介绍了γ'相对镍基高温合金强化行为的影响以及位错与析出相交互作用的剪切、Orowan绕过和攀移等强化机制,阐述了γ'相对镍基高温合金疲劳和蠕变性能的影响。最后,对镍基高温合金中γ'相的优化及相关性能调控进行了展望。

• TiO2抗菌涂层制备方法的研究进展

  钱钊, 杜旭, 尹莉, 刘彦伯, 李文戈, 张静, 赵远涛

  TiO2抗菌涂层具有杀菌时效长、污染损害小等特点,有着传统杀菌剂无法比拟的应用前景。综述了TiO2涂层的杀菌机理和涂层种类,对主要的制备工艺,如溶胶-凝胶法、电沉积法、磁控溅射法、等离子喷涂法、微弧氧化法的优缺点和应用现状进行了介绍,并对未来TiO2抗菌涂层的研究方向进行了展望。

• 辊压工艺参数对平板和套筒金属橡胶动态力学性能的影响

  熊赟玲子, 邹路明, 李昂熙, 薛新

  采用不同参数的辊压成形工艺制备平板和套筒金属橡胶试样,与冲压成形平板金属橡胶试样进行形貌与动态力学性能对比分析,并研究了辊压工艺参数对试样动态力学性能的影响。结果表明:相比于冲压成形,辊压成形平板金属橡胶试样的结构均匀且金属丝间勾连效果更好,损耗因子和动刚度更小;辊压平板金属橡胶试样的损耗因子随辊压转速的增大而增大,随压下率和进料角度的增大而减小,动刚度随压下率和辊压转速的增大而增大,随进料角度的增大而减小;辊压套筒金属橡胶试样的动刚度随激振频率、激振振幅和预紧间距的增大而减小,损耗因子随激振频率和激振振幅的增大而减小,随预紧间距的增大而增大。

• 淬火冷却温度对工程机械用中锰钢淬火-配分后组织与性能的影响

  王波, 张崎静, 徐颖梅

  对热轧态中锰钢进行淬火-配分处理,研究了淬火冷却温度(195,220,255,280 ℃)对其显微组织、物相组成、硬度和拉伸性能的影响。结果表明:淬火-配分处理后中锰钢中存在板条马氏体、块状马氏体和残余奥氏体;随着淬火冷却温度升高,板条马氏体含量减少,块状马氏体含量增加,残余奥氏体体积分数先增大后减小,当淬火冷却温度为220 ℃时最大,为19.81%;随着淬火冷却温度的升高,中锰钢的硬度增大,抗拉强度、屈服强度和断后伸长率先增大后减小,当淬火冷却温度为220 ℃时中锰钢的断后伸长率和强塑积最大,分别为15.6%和23.76 GPa·%。

• In2O3掺杂量对锑基SnO2压敏电阻电气性能的影响

  王法栋, 赵洪峰, 谢清云

  以SnO2粉、CoO粉、Cr2O3粉、Sb2O5粉、In2O3粉为原料,在100 MPa压力和1 300 ℃温度下烧结制备(98.85-x)SnO2-1CoO-0.05Cr2O3-0.1Sb2O5-xIn2O3(x=0,0.05,0.10,0.15,物质的量分数/%)锑基SnO2压敏电阻,研究了In2O3掺杂量对压敏电阻微观结构和电气性能的影响。结果表明:随着In2O3掺杂量的增加,锑基SnO2压敏电阻的平均晶粒尺寸减小,密度先增大后减小,非线性系数、施主密度、界面态密度和势垒高度均先增大后减小,泄漏电流密度先减小后增大,电压梯度增大。当掺杂In2O3物质的量分数为0.10%时,压敏电阻的密度达到最大,为6.82 g·cm-3,综合电气性能优良,其电压梯度、非线性系数、泄漏电流密度、施主密度、界面态密度和势垒高度分别为851 V·mm-1,32.36,1.19 μA·cm-2,4.4×1023 m-3,3.2×1016 m-2和1.44 eV。

• 热氧化对锂基磁流变脂分子结构和磁流变性能的影响

  胡志德, 张寒松, 王大伟, 边飞, 蒋昊洋

  以乙基硅油、羰基铁粉、十二羟基硬脂酸和氢氧化锂为原料,采用原位皂化法制备锂基磁流变脂(MRG),并分别在60,120,180 ℃下进行热氧化,研究了热氧化对MRG质量、分子结构、静态屈服应力和磁流变性能的影响。结果表明:热氧化会使MRG的质量发生损失,乙基硅油分子中的-CH3、-CH2-和Si-C2H5基团含量减少,交联Si-O-Si含量增加;随着热氧化温度升高,MRG的剪切应力和静态屈服应力增大,储能模量在磁场下的可调节范围变小;在60 ℃热氧化15 d时,MRG的磁流变效应仍能保持未热氧化的84.6%,但温度达到180 ℃时,磁性颗粒受磁场激励时的定向排列受阻,导致磁流变效应急剧下降。

• 成形方向及添加支撑对电子束选区熔化成形TC4合金组织与拉伸性能的影响

  黄星光, 孙宝福, 徐博翰, 张建飞

  以TC4合金粉末为原料,利用电子束选区熔化技术成形TC4合金拉伸试样,研究了轴向和径向2种成形方向以及添加支撑对合金显微组织和拉伸性能的影响。结果表明:无支撑径向成形合金存在等轴β晶及晶内针状α'相,形成魏氏集束组织和网篮组织,添加支撑后由粗大β柱状晶及两侧网篮组织组成;无支撑和添加支撑轴向成形合金上部分组织由初生α相和α'相组成,而下部分为等轴组织。添加支撑的径向成形合金的拉伸性能明显优于无支撑径向成形合金,其平均抗拉强度为1 173.52 MPa,屈服强度为1 155.69 MPa,断后伸长率达到15.57%,而添加支撑的轴向成形合金的拉伸性能与无支撑轴向成形合金相当,且均比径向成形合金差。

• 中包过热度、钙硫质量比、轧制变形量对中碳石油套管钢低温冲击韧性的影响

  熊雪刚, 张开华, 吕兵, 陈述, 周磊磊, 周伟

  通过改变中包过热度(20,40 ℃)、钢液中钙硫质量比(0~0.9)、粗轧单道次变形量(14%,20%)、中间坯厚度(49,52,53 mm)、精轧后三道累积变形量(29%,34%)生产中碳石油套管钢,分析了中包过热度、轧制变形量和钙硫质量比对试验钢组织和-10 ℃冲击功的影响。结果表明:在中包过热度为20 ℃下连铸铸坯的中心偏析和碳元素偏析减轻,由线链状分布变为点状分布;轧制变形量越大,试验钢晶粒尺寸越小、带状组织级别越低、低温冲击功越大;随着钙硫质量比增加,试验钢低温冲击功提高。较优的生产工艺参数为中包过热度20 ℃、钙硫质量比不小于0.4、粗轧单道次变形量20%、中间坯厚度53 mm、精轧累积变形量34%,该工艺生产的钢板中未观察到带状组织,低温冲击功远高于标准要求。

• 临界区退火温度对舰船用低碳高强钢组织和性能的影响

  李子赟, 董欣欣, 徐海卫, 张露友, 刘秋彤, 王怡含, 李红斌, 田亚强

  对舰船用低碳高强钢进行900 ℃奥氏体化淬火+不同温度(770,790,810,830 ℃)临界区退火+500 ℃回火处理,研究了临界区退火温度对试验钢显微组织和力学性能的影响。结果表明:随着临界区退火温度的升高,退火后形成的板条马氏体和贝氏体发生回复,趋于合并而呈块状特征;在770 ℃退火条件下,试验钢的强度较低,-20 ℃冲击功较高,冲击断裂模式为韧性断裂;当退火温度升高到790 ℃及以上时,试验钢的强度增大,冲击功下降,断裂模式转变为准解理断裂,并且冲击功随温度升高进一步下降,拉伸性能则变化不大。

• 氮掺杂纳米碳包覆MnO复合材料的制备与电化学性能

  任昊, 李天鹏, 张晓峰, 赵斌

  利用静电引力在MnO2纳米线表面吸附盐酸处理的三聚氰胺(H-melamine),H-melamine和MnO2纳米线的质量比分别为1\:1,3\:1,5\:1,然后进行退火以制备氮掺杂纳米碳包覆MnO(MnO@N-C)复合材料,研究了复合材料的物相组成、微观结构和电化学性能。结果表明:退火处理使得MnO2纳米线和包覆在其表面的H-melamine分别转变为MnO及氮掺杂碳材料,得到的MnO@N-C复合材料呈现串珠状形貌;当H-melamine与MnO2纳米线的质量比为3\:1时,复合材料的电化学性能最佳,在1 A·g-1电流密度下表现出1 050 F·g-1的超高比电容,并且在3 A·g-1电流密度下经6 000次充放电循环后具有75%的容量保持率。以复合材料为正极、活性炭为负极组装的锌离子混合超级电容器的工作电压范围可达0~2.0 V,且表现出72 W·h·kg-1的能量密度;在3 A·g-1的电流密度下经过5 000次循环后,超级电容器仍能保持88%的初始比电容。

• X80钢不同强度匹配打底焊接头的冷裂敏感性

  夏培培, 杨柳青, 靳海成, 吴林恩, 肖健, 袁中明

  选用低强、等强和高强匹配的3种低氢型焊条,在80 ℃预热条件下分别对X80钢板进行U形坡口和斜Y形坡口打底焊,计算了接头断面裂纹率,并进行了维氏硬度测试,评价了等强和高强匹配焊条打底焊接头的冷裂敏感性。结果表明:焊条的冷裂纹敏感指数随强度等级提高而增大,但焊缝表面及断面均未发现裂纹,断面裂纹率为0,说明冷裂敏感性并未随焊条强度增大而增强。与低强匹配焊条打底焊相比,等强和高强匹配焊条打底焊后热影响区硬度未明显增大,即淬硬倾向未明显增大、冷裂敏感性未增强。等强和高强匹配焊条可用于X80钢的打底焊。

• 扫描速度对Mo2FeB2金属陶瓷激光熔覆层组织和耐磨性能的影响

  孙俊生, 关常勇, 徐虎, 王德柱

  采用激光熔覆工艺在Q235钢板表面制备Mo2FeB2金属陶瓷熔覆层,研究了激光扫描速度对熔覆层组织、显微硬度和耐磨性能的影响。结果表明:Mo2FeB2金属陶瓷熔覆层由Mo2FeB2、(Mo,Fe,Cr)3B2、CrB、MoB、Fe-Cr等相组成;随着扫描速度的增大,Mo2FeB2硬质相由长条状转变成块状,尺寸减小;扫描速度对硬质相含量的影响不大;随着扫描速度的增大,Mo2FeB2金属陶瓷熔覆层的平均显微硬度和磨损质量损失均先减小后增大;扫描速度为400 mm·min-1时熔覆层的硬度较高,耐磨性能最好。

• 补焊次数对30CrMnSiA钢接头组织和力学性能的影响

  王浩军, 张兵宪, 马玲军, 雷龙宇, 张志强, 杜明科, 张敏

  采用焊条电弧焊对30CrMnSiA钢焊接接头进行多次(3,4次)补焊试验,研究了补焊次数对接头组织和力学性能的影响。结果表明:补焊次数的增加对接头焊缝区域的显微组织类型影响不大,原始焊缝和补焊焊缝组织均为奥氏体柱状晶,但会导致原始焊缝区域的晶粒粗化和热影响区的大角度晶界分布密度下降,并减少热影响区的马氏体数量,从而对接头强度产生不利影响。补焊4次接头的抗拉强度较补焊3次接头降低了7.8%,断后伸长率降低了25.3%,但断裂机制仍为韧性断裂;补焊4次接头的抗弯性能和硬度也低于补焊3次接头。

• 基于DIC技术的不同汽车用板材成形性能评估

  纪登鹏, 连昌伟, 刘兵

  利用万能材料试验机对多种汽车用板材,包括不同强度级别的先进高强钢、传统高强钢、铝合金板材进行室温拉伸试验,采用数字图像相关(DIC)技术获取材料在拉伸过程中的全场应变,对比了不同板材的成形性,讨论了材料成形性能的评估方法。结果表明:汽车用板材的断裂应变整体上远大于断裂总延伸率,相比于断裂总延伸率,断裂应变与强度更符合负相关的关系;最大力总延伸率反映材料的硬化与均化应变的能力,不是塑性的直接指标,断裂应变表征材料的真实塑性;成形性指数综合考虑了硬化能力与真实塑性,相比于单一的延伸率指标能更好地评价材料的成形性。

• 包壳管用SZA-6锆合金的高温单轴拉伸蠕变行为

  吴楠, 麻凯

  在应力117,137,157 MPa及温度633,658,683 K条件下对包壳管用SZA-6锆合金进行单轴拉伸蠕变试验,研究了该合金的单轴拉伸蠕变行为,并通过蠕变应力指数和蠕变激活能分析其蠕变控制机制。结果表明:SZA-6锆合金在不同试验条件下的稳态蠕变速率在0.34×10-8~9.77×10-8 s-1范围,随着试验温度的升高或应力的增大,稳态蠕变速率增大;在658 K温度下,当应力由117 MPa增大至157 MPa时,蠕变应力指数由5.66增大至8.69;在117 MPa应力下的蠕变激活能为181.76 kJ·mol-1。117 MPa应力下的蠕变控制机制以晶界滑移为主,不受试验温度影响;当应力增大至137 MPa、试验温度为658 K时,位错攀移机制对蠕变行为起主导作用。

• 激光选区熔化成形316L不锈钢断裂性能的有限元模拟与试验验证

  谢卓文, 蒋玮, 金建行, 吴浩楠, 杨光辉

  采用晶体塑性有限元法和内聚力模型建立考虑激光选区熔化(SLM)成形316L不锈钢显微组织特征的代表体积单元(RVE)模型,基于模拟得到的应力、应变数据模拟了不同体能量密度SLM成形紧凑拉伸试样的断裂过程,得到J积分曲线并与试验结果进行了对比。结果表明:SLM成形316L不锈钢试样在拉伸过程中内部受力不均匀,在改变内聚力单元最大名义应力后,模拟得到不同体能量密度下各试样的真应力-真应变曲线存在差异,更符合试验结果;不同体能量密度SLM成形试样的J积分模拟值与试验值基本相符,均方根误差在4.66~12.88 kJ·m-2,使用的RVE模型和模拟方法能够有效地模拟得到SLM成形316L不锈钢的断裂韧度。

• TC4钛合金半球零件超塑成形的有限元模拟

  李运硕, 周雨威, 熊成悦, 孙燕, 李永兵

  建立TC4钛合金半球零件超塑成形有限元模型,研究了恒温条件下正向气胀和先反向后正向气胀成形对半球零件壁厚的影响;基于温度场修正的Backofen本构方程,模拟了在非均匀温度场条件下半球零件的超塑成形并分析了其壁厚分布。试制出TC4钛合金半球零件,通过实测壁厚对模拟结果进行验证。结果表明:先反向后正向气胀成形工艺有利于半球零件壁厚的均匀分布,降低了零件的壁厚最大减薄率;非均匀温度场条件下半球零件壁厚均匀程度较恒温条件下低;相比于恒温条件,非均匀温度场条件下半球零件壁厚的模拟结果与实测结果更接近,平均相对误差为4.7%,半球零件中心点处壁厚的相对误差也仅为6.1%。